Введение к работе
Актуальность исследования. Система дыхания человека одновременно является висцеральной (с автономными механизмами регуляции) и соматической (с механизмами произвольного контроля) (Сіжриов, 1961; HaKtunen, 1974; Бреслав, 1975; Миняев, 1978, 1994). Автономная система нейрогумораль-ной регуляции включает в себя дыхательный центр н два регулирующих вздіпу-ра - хеморецепторный, обеспечивающий соответствке объема вентиляции Ш5-тенснвпостн метаболизма в организме, и їлехаїюрецепторшдй, устакавлнваю-щей оптимальный паттерн дыхания (Сергнгвский, 1950; Сафонов и др., 1930; Ealer, 1980; Бреслав, Глебовский, 1981; Исаев, 1990; Шнх, 1994).
Система произвольного управягкиа даоштелькыми движениями включает в себя в качестве центрального звена супрабульбгрнь:е отделы мозга и, прежде Есего двигательную зону коры больших полушарий (НзКптео, 1974; Бреслаз, 1975; Мпняев, 1978; Gandevia, Rolhwell, 1987; Masirifl et al., 1991).
Спонтанное н произвольное дыхания обеспечивается ритмичными сокращениями днафразиы, меяфеберыых и вспомогательных мышц, рззшь чающихся морфологически н функционально (см. обзор: Исаев, 1994). Поэтому выделают термальный к абді-і ij.-ji.'-'jiisbiJi &іі?.и:"опі-іі~і склє-іш ^.і-йзша. ІІрп спонтанном дыхании цмггральныя механизм регуляции на основании ипформа-цяи о механическом состоянии дыхательного аппарата и особенностях сопротивления дыханию обеспечивает оптимальное соотношение торакального и абдоминального вкладов в дыхательный объем (Мкняев и др., 1993). Это соотношение зависит от положения тела относительно вехтора гравитации - в вертикальном торакальный и абдоминальный вклады з дыхательный объем близки, в горизонтальном - веіпнляцня обеспечивается, в основном за счет абдоминального компонента. Исходные соотношения торакальных и абдоминальных вкладов в дыхахельяий объем сохраняются к ітрн гшгерпноэ в ответ на усиление хеморецеоторной стимуляции (Мипжез, Минаева, 1998).
Сведения о поведении торакального и абдоминального компонентов системы дыхания пря произвольном управлении дыхательными движениями в отечественной и зарубежной литературе недостаточны н противоречивы. Одним из примеров произвольного управлення дьиаіаіем является произвольная гипервентилзщка - наиболее часто используемый в физиологии и клинике тест для определения функционального состояния системы дыхания человека (Гора, 1989; Малхин, Гора, 1998; Паника, 1998).
Какова роль торахального и збдошшального компонентов системы дыхания при произвольной гнперЕентиляции? Зависит лп соотпопккгк торакальных н абдоминальных составляющих объемных, временных и скоростных параметров дыхательного цикла от положеній тела и от шггенсквносга хеморецеп-торнон стимуляции?
Попытка ответить на эти актуальные для экспериментальной, прикладной физиологии н клиники вопросы послужила предпосылкой для организации настоящего исследования.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы явилось изучение особенностей поведения абдошшального и торакального компонентов системы дыхания при произвольной гшюрвептиляцни, обусловленных полозгхнием тела относительно направления сил гравитации и хеморецепторной стимуляцией дыхания различной интенсивности.
Перед исследованием были поставлены задачи - изучить соотношения и динамику торакальных и абдоминальных составляющих объемных, временных и скоростных параметров дыхания при максимально возможной по интенсивности и продолжительности произвольной гипервенголзцни: в вертикальною и горизонтальном положениях тела на фоне хеморецепторной стимуляции дыхания обычной интенсивности (при нормосашвез и нормоксии); на фоиг хеморецепторной стимуляции погышешюй интенсивности (ври прогрессирующей гн-пгркапніш); на фоне хеморецепторной стимуляции сниженной интенсивности (при прогрессирующей гшюхапшш); в услогизх прогрессирующей гипоксии.
Научная новизна полученных данных. Впервые в исследовании с использованием метода компьютерной безмасочной пневмографии выявлена ведущая роль торакального компонента системы дыханиа человека при произвольной гкпервентиляцин, что указывает на большую подверженность торакальных
МЫШЦ ПрОШЕОЛЬНС.'^у КОПТрЛІЕЗ, HCSESEa ДІ^фр-аГГ^ІІ Н аЦДСШі."ЇІТЛіаХ. Gily&-
делена заввсимость соотношения торакальных и абдоминальных составляющих объемных, временных и скоростных параметров дыхания при произвольной гипервентиляции от положений тела относительно вектора гравитации, а также от интенсивности хеморецепторной стимуляции дыхания, что может свидетельствовать о взаимодействии волевых (кортикальных), механорецепторных и хе-морецепторных стимулов. Установлено снижение работоспособности торакального компонента моторного аппарата системы дыханиа в процессе максимальной по интенсивности и продолжительности произвольной пнкрвентнляции, что мозЕст свидетельствовать об утомленна дыхательных мышц при выполнении интенсивной дополнительной работы. Выявлено, что прогрессирующая гипоксия усугубляет снижение работоспособности моторного аппарата системы дыхания в процессе гншрвеаткляции.
Основные положения, выносимые на защиту. 1. Произвольная пшгрвее-тилхция, независимо от условий ее выполнения - положения тела относительно вектора гравитации, интенсивности хеморецепторной стимуляции, осуществляется в основном за счет торакального компонента системы дыхания. Роль абдоминального компонента при осуществлении гнпервентиляцни значительно менее выражена.
2. В условиях прогрессирующей гиперкапшш интенсивность гиигрБенга-
ляции увеличивается, в условиях прогрессирующей гипокапнии интенсивность
гипервентиляции снижается.
3. В процессе максимальной по интенсивности и продолжительности
произвольной пшервенінляціга раоотоспособность торакаЖного компонента
моторного аппарата системы дыхания снижается, что свидетельствует об утом
лении торакальных мышц, выполняющих основную долю дополнительной ра
боты. Утомление абдоминальных "чптц, менее задействованных в осуществле
нии гинервентиляции, не проявляется.
4. Прогрессирующая гипоксия существенно снижает работоспособность моторного аппарата системы дыхания.
Теоретическая и практтгская значимость работы. Получегаше данные вносят определенный вклад в физиологию дыхания. Выявленная зависимость значення торакального и абдоминального компонентов системы дыхания з осуществлении произвольной ггат^вентиляции от механического состояния дыхателыюго аппарата, обусловленного положеішем тела испьпуемого, от интенсивности хеморецепторной стимуляции, свидетельствующая о взаимодействии кортикальных (произвольных), мехаворепепторных и хеморепептор-ных стимулов, способствует лучшему пониманию взаимоотношений произ-вольпых и автономных механизмов регуляции дыхания. Отмеченное сннжешн работоспособиссти торакального компонента моторного аппарата системы дыхания в процессе гиперве'ггйлгщщ является свидетельством того, что дыхательные мышцы, как и другие скелетные мышцы, при выполпеккк интенсивной дополнительной работы подвержены утомлению.
С учетом значення фукщиокальнсго состогішя дыхательных мхшщ в общей работоспособности организма человека в невесомости (Бараноз, 1993), при спортивной деятельности (Солопов, 1933; Кучкин, 1991), при различных форнах ойструктіїііїдаії рйсшф«і^рйс-Я пагозттаї (Стші/і'л, Ifc'xapr.ta, lv?l; Федосеев, 1994) результаты исследования могут найти применение при разработке и обосновании средстз тренировки дыхателыюго аппарата при профессиональной деятельности и реабилитации функции дыхания в клинике.
Метод и результаты используются в учебном процессе на кафедре анатомии и физиологии 11 У в курсе лекций, большом практикуме и спецпракгакуме по физиологии дыхания, при подготовке курсовых и дипломных работ. Результаты исследования использованы при обосновании методических подходов к исследованию механизмов регуляции дыхания человека в условиях космического полета в соответствии с Федеральной космической программой РФ.
Апробация работы. Материалы диссертации долоягены на XVII съезде фнзнологоз России (Ростов-ка-Доііу, 1998); га Всероссийской научной конференцій, посвященной 150-лгткю со дня рождения И.П. Пгалогз (Секкт-Петербург, 1999); на Международной конференции "Механизмы функционирования висцеральных систем", посвященной 150-летню И.П.Павлова (Санкт-Петербург, 1999); на 3 Всероссийском международном симпозиуме "Физиологические механизмы природных адаптации" (Иваново, 1999); па I На-учно-прахпіческон конференция студе!пх)В н аспирантов бысшнх учебных заведений г. Твери (Тверь, 1999); на Городской научной конфгрешпш, посвященной 150-летию со дня рождения И.П.Павлова "Учение И.П. Павлова кз современном этапе и его развитее в трудах волгоградских ученых" (Волгоград, 1999); на ХХХУШ Меадународвой нзучвей студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2000); на Международной научной конференции студентов и аспирантов "Ломсиосвв-2000: молодежь и наука на рубеже XXI века"(Москва, 2000).
Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах.
Структура и объем диссертации. Диссертгіпи включает: введение, 5 глав, выводы, список литературы. Работа изложена на 159 страницах, докумен-